In den kommenden Jahren wird die NASA zum ersten Mal seit der Apollo-Ära wieder Astronauten zum Mond schicken. Diesmal plant die NASA im Rahmen des Artemis-Programms auch den Aufbau der notwendigen Infrastruktur, um eine dauerhafte menschliche Präsenz auf dem Mond und schließlich Missionen zum Mars zu etablieren – einschließlich des Artemis-Basislagers und des Orbits Mondtor .
Sie erhalten einige neue Ausrüstung, wie z Erkundung Extravehicular Mobility Unity (xEMU) Raumanzug und ein schickes neues Mondlander . Natürlich werden auch die Artemis-Astronauten mit den gleichen Gefahren wie ihre Vorgänger zu kämpfen haben – nicht zuletzt Mondstaub (oder Regolith). Glücklicherweise untersucht die NASA eine mögliche Lösung in Form eines tragbaren Elektron/Ultraviolett (UV)-Geräts, das diese Gefahr mindern könnte.
Dr. Inseob Hahn, Programmtechnologe und Projektleiter bei NASA/JPL, beschrieb das Gerät als „Mondstaubtuch“ und sagte, es sei „wie ein typisches Sprühtuch auf Ihrem Schreibtisch, aber es funktioniert ohne Luft“. Diese Technologie könnte zu einem festen Bestandteil zukünftiger Mondmissionen werden und es Astronauten ermöglichen, sich nach der Durchführung von Extravehicular-Aktivitäten (EVA) auf der Oberfläche selbst zu reinigen.
Ein klebriges Problem
Wie die Apollo-Astronauten erfahren haben, ist ein Großteil der Mondoberfläche mit einer dicken Schicht feinen Pulvers bedeckt, bei dem es sich im Wesentlichen um pulverisierte Überreste von Mondgestein handelt. Im Laufe von Milliarden von Jahren wurde das Erde-Mond-System mit Meteoriten, Kometen und Asteroiden bombardiert. Während die Erde durch ihre dicke Atmosphäre geschützt ist, die dazu führt, dass die meisten dieser Objekte beim Eintritt verbrennen (oder den größten Teil ihrer Masse verlieren), hat der Mond keinen solchen Schutz.
Es hat auch nicht die atmosphärische und geologische Aktivität der Erde, was die Beweise für diese Auswirkungen im Laufe der Zeit verwischt. Aus diesen Gründen war die Mondoberfläche schon immer pockennarbig, mit Kratern übersät und mit winzigen Splittern von „Mondstaub“ bedeckt. Erschwerend kommt hinzu, dass das Fehlen einer Atmosphäre und eines magnetischen Feldes dazu führt, dass die Mondoberfläche ständig geladenen Teilchen ausgesetzt ist, die von der Sonne ausgehen (auch Sonnenwind genannt).
Dadurch wird die feinkörnige Kieselsäure elektrostatisch aufgeladen, was sie in Kombination mit ihrer Zackigkeit besonders klebrig und abrasiv macht. Für die Apollo-Astronauten war dieser Staub ein ständiges Ärgernis und klebte an Raumanzügen, optischen Linsen, Wärmedecken und Ausrüstung. Es verursachte Schäden an Raumanzügen, gelangte in den Mondlander und technische Probleme und sogar Atemprobleme für die Astronauten selbst.
Es war auch sehr widerstandsfähig gegen Reinigungsbemühungen, wobei Astronauten berichteten, dass es selbst durch kräftiges Bürsten nicht entfernt werden konnte. Nichtsdestotrotz müssen die NASA und andere Weltraumbehörden Abschwächungsmaßnahmen ergreifen, wenn zukünftige Pläne zur Monderkundung erfolgreich sein sollen. Dies gilt insbesondere, da das Artemis-Programm die Schaffung eines „nachhaltigen Programms zur Monderkundung“ fordert – mit anderen Worten, zum Mond zurückzukehren, um zu bleiben!
Der Apollo-17-Astronaut Harrison Schmitt sammelt eine Bodenprobe, sein Raumanzug ist mit Staub bedeckt. Bildnachweis: NASA
Eine elektrostatische Lösung?
Bisher haben die NASA, die ESA und andere Weltraumbehörden und Forschungsinstitute verschiedene Methoden (mit Apollo-Bodenproben) zur Abschwächung von Mondregolith getestet. Dazu gehören jüngste Bemühungen im Auftrag der ESA, neue Materialien für Raumanzüge zu entwickeln, für die sie mit dem französischen Entwickler zusammengearbeitet hat Comex , das Deutsche Institute für Textil- und Faserforschung , und der Österreichisches Weltraumforum .
Darüber hinaus haben Technologen des Goddard Space Center der NASA – im Rahmen der Dynamische Reaktion der Umgebungen bei Asteroiden, dem Mond und den Monden des Mars (DREAM2) Programm – hat kürzlich eine neue Art von Beschichtung vorgestellt, die zukünftige Rover, Lander und andere Fahrzeuge schützen könnte. Diese Beschichtung besteht aus atomaren Titanoxidschichten, die mit einer fortschrittlichen Technik, der sogenannten Atomlagenabscheidung, direkt auf die trockenen Pigmente von Farben aufgetragen werden.
Diese Methoden sind jedoch vorhersehbar teuer und erfordern, dass komplexe Konstruktionsmerkmale in die gesamte Hardware integriert werden, die in Zukunft für die Mondoberfläche bestimmt ist. Glücklicherweise hat ein Forscherteam des Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA und der University of Colorado Boulder (UCB) an der Realisierung eines berührungslosen, eigenständigen Systems gearbeitet, das tragbar und tragbar sein würde.
Das tragbare Gerät basiert auf einem fokussierten Elektronenstrahl, der die elektrostatische Ladung von Regolith neutralisiert und deren Entfernung ermöglicht, ohne die Missionsparameter einzuschränken. Die Technologie basiert auf Erkenntnissen aus früheren Studien über den natürlichen elektrostatischen Staubaufwirbelungsprozess, der auf der Oberfläche von luftleeren Körpern, einschließlich des Mondes und Asteroiden, auftreten kann.
Diagramm, das die Mechanismen der Staubaufladung und -freisetzung (links) und das Bild der Staubaufwirbelung als Ergebnis der Elektronenstrahlbelichtung zeigt. Bildnachweis: NASA Science
„Springender“ Staub
Die Funktionsweise ist einfach, aber elegant. Wenn ein Elektronenstrahl oder ein UV-Feld auf Mikrohohlräume (die sich natürlicherweise in einem Staubhaufen bilden) angewendet wird, bewirkt dies, dass sich auf der Oberfläche der Staubpartikel eine erhebliche negative Ladung aufbaut. Die abstoßende Kraft zwischen diesen negativ geladenen Teilchen erreicht schließlich den Punkt, an dem sie sie von der Oberfläche, an der sie festhielten, ausstoßen.
Um ihr Konzept zu testen, platzierten Forscher der CU Boulder (unter der Leitung von Xu Wang) ein von der NASA hergestelltes Mondregolith-Simulans in einer Vakuumkammer. Anschließend richteten sie den Elektronenstrahl auf eine Reihe von Oberflächen, die mit diesen Partikeln beschichtet waren, darunter Raumanzuggewebe, Glas und Sonnenkollektoren. Bisher waren die Testergebnisse sehr ermutigend, im Durchschnitt „springen“ etwa 75-85% der Staubpartikel von den Oberflächen, normalerweise in nur wenigen Minuten.
Das Team entwickelt derzeit ein Testbed bei NASA/JPL, um zu bewerten, wie sich die Technologie in der extremen Kälte der Mondumgebung verhalten würde. Darüber hinaus untersuchen die Forscher verschiedene experimentelle Methoden, um die Reinigungseffizienz des Elektronenstrahls zu erhöhen. Je schneller es Staub entfernen kann, desto mehr Zeit haben Astronauten für lebenswichtige Forschungen, die nur auf dem Mond möglich sind.
Angesichts der Kosteneffizienz, die ein Handheld-Gerät im Vergleich zu fortschrittlichen Beschichtungen und Materialien bieten würde, ist es nicht schwer, sich tragbare Elektronen-/UV-Geräte vorzustellen, die in zukünftige Fahrzeuge und Lebensräume integriert werden. Insbesondere könnte es in der Luftschleuse Wiegen geben, in denen „Mondstaubsauger“ platziert werden, um sich zwischen den Anwendungen aufzuladen. Immer wenn die Crews von einem EVA zurückkehren, könnten sie ein paar Minuten damit verbringen, ihre Anzüge und Ausrüstung zu „stauben“, bevor sie ihren Lebensraum wieder betreten.
Illustration von Artemis-Astronauten auf dem Mond. Credits: NASA
Dies würde nicht nur die Wahrscheinlichkeit, dass Staub an mechanischen Geräten und Elektronik verwüstet, erheblich reduzieren. Es wird auch ein Glücksfall für die Gesundheit der Astronauten sein, da Untersuchungen gezeigt haben, dass die Exposition gegenüber Regolith zu Gesundheitsproblemen der Atemwege führen kann (wie Bronchitis und Lungenkrebs ). Ehrlich gesagt gibt es genug Gesundheitsgefahren für Astronauten, ohne sich Sorgen machen zu müssen, zerklüftete Mineralpartikel einzuatmen!
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